多功能轮椅
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三、防侧翻机构设计
<四>传动系统设计与计算11
一、电动机的选择
二、减速装置
<五>设计总结与心得13
<六>参考文献14
V
一、
轮椅为残疾人和体弱老年人必不可少的行走工具， 但由于残疾人和老年人身 体相对较弱，且较多无工作能力，经济来源有限。而且当他们不使用轮椅时，又需 要轮椅便于包装和移动。因此，要求轮椅：轻便小巧,结构紧凑,功能单一，简单 易用,价格低廉。轮椅是康复的重要工具，它不仅是肢体伤残者的代步工具，更 重要的是使他们借助于轮椅进行身体锻炼和参与社会活动。据史料记载，最早的
系知，使行星轮翻转的最小障碍高度：
h D
行星轮可以越过的极限垂直高度为:
b）驱动前置
驱动前置，即将该驱动结构置于车前面作为驱动前轮，后轮用万向轮。
优点：万向轮作为后支点爬楼时不易倾翻，且阻碍作用相对较小。
缺点：大部分机构集中在轮椅前，轮椅后部伸出两个很小的万向轮，外观不协调； 爬楼时由于人对驱动轮的正压力不够，有打滑危险。
经综合考虑，我们选择了第二种方案，即驱动前置的行星轮方案。该方案
三行星齿轮，中心齿轮和惰轮、惰轮和行星齿轮间均为外啮合， 左右两半箱体相
联接作为转臂，由此构成具有三个行星齿轮的行星齿轮系。 在各行星齿轮轴系箱
体外伸端分别固定一个车轮，箱体中心固定有齿式离合器固定端，齿式离合器活
也5期
动端与中心轴通过花键滑动联接，当齿式离合器活动端与固定端没有啮合时， 整 个结构便处于行星轮结构模式，此时驱动中心轴便会驱动三个车轮旋转， 便可以 在平地上行走。当拨动齿式离合器活动端使其与齿式离合器固定端结合时， 中心 齿轮和箱体（转臂）锁死，从而各齿轮均不能自转而只能随整个箱体一起翻转，
R
其中 为轮的附着系数，即附着力与车轮法向（与路面垂直的方向）压力的比
值。它可以看成是轮胎和路面之间的静摩擦系数。这个系数越大，可利用的附着 力就越大，越不容易打滑。各种路面状况的附着系数如下表：
路面状态
干燥水泥路面
潮湿水泥路面
下雨开始时
附着系数
0.7-1.0
0.4-0.6
0.3-0.4
假设FiF2，轮1和轮2在垂直方向上受到地面的作用力相等。由几何关
轮椅出现在中国的南北朝时期。近现代以来，轮椅发生了很大的改进并且人们逐 渐开始把轮椅当做康复运动的工具，人们对残疾人士的关注也随着轮椅的广泛普 及而增加。1964年，残障奥运会首次登场。随着竞技的需求，轮椅的设计朝向强 调其功能性、舒适性、耐用性与外观酷炫发展。
轮椅的出现，为众多的残疾人士提供了方便、 舒适的生活，使他们能更好的 生活、工作，使许多的残疾人为社会奉献了强大的力量， 同时也引发人们对人生 的思考，让社会更加人性化，更加和谐。
二、
1、
座宽：440mm
背高：380mm
座深：400mm
全高：900mm
全宽：670mm
全长：1000mm
扶手高：220mm
2、设计完成后用
<
目前行星轮用于爬楼梯的底盘结构中，多为两组行星轮（底盘对应的一边一 个行星轮,两个为一组）或者更多。如果将行星轮结构用于轮椅爬楼梯，考虑到轮 椅使用的上述要求，将两组甚至更多的行星轮用于轮椅爬楼梯是不实际的，而且 多组行星轮底盘，虽然随着行星轮组数的增多，爬楼梯底盘的承载越障能力将不 断增强，但多组行星轮底盘在平地拐弯时会有很大的问题，因此这里选择一组行 星轮用于轮椅爬楼梯。由于轮椅需要承载残疾人或者老年人，因此使用一组行星 轮爬楼梯。除了安全以外，需要解决的最大问题就是其越障的承载能力，如果承载
因此如何设计和制造一个功能强大、人性化的轮椅成为了当今残疾人士最为 关心的问题。现如今的许多轮椅都需要残疾人自己用手推动或他人推动，不方便
且费力，并且走在不平坦的路上易颠簸。 尤其是爬楼梯的时候，如果楼梯旁没有 斜坡，把轮椅抬起将会是极大地麻烦。我们小组做的就是设计一个能上下楼梯并 有一些辅助功能的多功能轮椅。
机械原理与设计课程设计计算说明书
设计题目：
多功能轮椅
姓名：
班级：
学号：
指导教师:
年月日
<一>设计背景与整体规划设计3
一、设计背景与意义
二、整体设计
<二>行走机构部件的设计与计算5
一、爬楼梯功能结构设计
1.履带式行走机构设计：
2.行星轮式行走机构
<三>其他功能机构部件的设计与计算10
一、车体主要部件
二、靠背平躺机构
FxNiFf2
F2
Ff30
FyFiN2
N3
G 0
MfD(Fi
2
F2
Ff2Ff3)G(Lib)
2
N2b N3(L —)0
2
FfifNi
i
2,3,4
假设路面为硬路面，忽略滚动摩擦Ffi的影响。即f0,Ffi0;各轮转 矩平均分配，。在行星轮和地面之间附着力达到最大时，有最高越障能力，且轮1和轮2与地面之间的附着系数相同，则有：
能力不行,轮椅将无法有效载送残疾人或者老年人越障甚至攀爬楼梯。
一、履带式行走机构设计：
采用履带式设计，由主电动机驱动履带传动，根据电机转速不同可实现
转向功能，臂杆摆动使履带贴服在楼梯上，实现平稳上下楼梯。设计如下图:
由几何关系可的，履带臂杆摆动时行星轮 中心的轨迹是标准的椭圆方程，即带长可保持 不变。
履带式机构的优点：适应型好，越障和上 下楼梯平稳；机构较为可靠。 缺点：系统重量 大，耗电量大。平整路面上履带传动没有优势。 经综合考虑，最终舍弃履带式结构，选取行星 轮式结构。
二、行星轮式行走机构
（1）简介：
该方案是基于一种新结构一一星轮行星轮转换式结构，如图2和图3所示。
其基本结构是具有三个行星齿轮的行星齿轮系，在中心齿轮外依次均布三惰轮和
b）使用星轮行星轮转换式结构
采用该结构，当其遇到无法爬过的障碍后，不是靠地面的摩擦力束缚车轮来 实现翻转,而是通过离合器固定一组行星轮，主动将该结构转换成星轮，通过驱动 整个星轮来实现翻转。其优点在于越障能力较强，不易打滑。
（4）越障能力分析
a）“半控”行星轮在遇到障碍时，有可能爬过障碍，打滑，翻转越 过障碍，上楼梯时，应使半控行星轮翻转越过障碍。单组行星轮
整个行星齿轮系将变成一个刚性的整体而转变为星轮结构Hale Waihona Puke Baidu式，此时驱动中心轴
便会驱动包括行星轮系在内的整个箱体翻转，此种结构模式可用于攀爬楼梯。
（2）驱动轮布置：
a）驱动后置
驱动后置，即将该驱动结构置于车后作为驱动后轮，前轮用万向轮。
优点：大轮在后小轮在前，整车协调美观，爬楼时重量压于后轮，不易打滑。
缺点：爬楼时，后轮支点位置不断跳跃性变化，有侧翻的可能；万向轮在前，平 地时承载较大，转向阻力大，爬楼时万向轮可能发生偏斜。
能较好的实现爬楼功能，。
（3）行星轮转换机构使用
a）使用半控式结构
普通行星轮结构有2个自由度，欲使其具有确定的运动，必须给行星轮2
V
个确定的输入。而目前使用的各种这类行星轮中，都用一个电机驱动这个行星轮 的中心齿轮，即只给一个确定的输入，另外一个自由依靠地面的情况来约束。在 路面不平度较小的情况下，转臂（即另外一个输入）可以根据路况做实时的自适 应调整；在车轮碰到较高的障碍而停止不动时，该轮系的一个自由度受到限制， 驱动轮系即可演变成行星轮系，转臂H带动另外两轮绕自由度受限的车轮回转， 实现翻越障碍，这种驱动轮系的一个自由度不受人为控制， 而是根据路面情况而 调整的，称作“半控”行星轮。其优点在于结构简单，不需人工操作。
<四>传动系统设计与计算11
一、电动机的选择
二、减速装置
<五>设计总结与心得13
<六>参考文献14
V
一、
轮椅为残疾人和体弱老年人必不可少的行走工具， 但由于残疾人和老年人身 体相对较弱，且较多无工作能力，经济来源有限。而且当他们不使用轮椅时，又需 要轮椅便于包装和移动。因此，要求轮椅：轻便小巧,结构紧凑,功能单一，简单 易用,价格低廉。轮椅是康复的重要工具，它不仅是肢体伤残者的代步工具，更 重要的是使他们借助于轮椅进行身体锻炼和参与社会活动。据史料记载，最早的
系知，使行星轮翻转的最小障碍高度：
h D
行星轮可以越过的极限垂直高度为:
b）驱动前置
驱动前置，即将该驱动结构置于车前面作为驱动前轮，后轮用万向轮。
优点：万向轮作为后支点爬楼时不易倾翻，且阻碍作用相对较小。
缺点：大部分机构集中在轮椅前，轮椅后部伸出两个很小的万向轮，外观不协调； 爬楼时由于人对驱动轮的正压力不够，有打滑危险。
经综合考虑，我们选择了第二种方案，即驱动前置的行星轮方案。该方案
三行星齿轮，中心齿轮和惰轮、惰轮和行星齿轮间均为外啮合， 左右两半箱体相
联接作为转臂，由此构成具有三个行星齿轮的行星齿轮系。 在各行星齿轮轴系箱
体外伸端分别固定一个车轮，箱体中心固定有齿式离合器固定端，齿式离合器活
也5期
动端与中心轴通过花键滑动联接，当齿式离合器活动端与固定端没有啮合时， 整 个结构便处于行星轮结构模式，此时驱动中心轴便会驱动三个车轮旋转， 便可以 在平地上行走。当拨动齿式离合器活动端使其与齿式离合器固定端结合时， 中心 齿轮和箱体（转臂）锁死，从而各齿轮均不能自转而只能随整个箱体一起翻转，
R
其中 为轮的附着系数，即附着力与车轮法向（与路面垂直的方向）压力的比
值。它可以看成是轮胎和路面之间的静摩擦系数。这个系数越大，可利用的附着 力就越大，越不容易打滑。各种路面状况的附着系数如下表：
路面状态
干燥水泥路面
潮湿水泥路面
下雨开始时
附着系数
0.7-1.0
0.4-0.6
0.3-0.4
假设FiF2，轮1和轮2在垂直方向上受到地面的作用力相等。由几何关
轮椅出现在中国的南北朝时期。近现代以来，轮椅发生了很大的改进并且人们逐 渐开始把轮椅当做康复运动的工具，人们对残疾人士的关注也随着轮椅的广泛普 及而增加。1964年，残障奥运会首次登场。随着竞技的需求，轮椅的设计朝向强 调其功能性、舒适性、耐用性与外观酷炫发展。
轮椅的出现，为众多的残疾人士提供了方便、 舒适的生活，使他们能更好的 生活、工作，使许多的残疾人为社会奉献了强大的力量， 同时也引发人们对人生 的思考，让社会更加人性化，更加和谐。
二、
1、
座宽：440mm
背高：380mm
座深：400mm
全高：900mm
全宽：670mm
全长：1000mm
扶手高：220mm
2、设计完成后用
<
目前行星轮用于爬楼梯的底盘结构中，多为两组行星轮（底盘对应的一边一 个行星轮,两个为一组）或者更多。如果将行星轮结构用于轮椅爬楼梯，考虑到轮 椅使用的上述要求，将两组甚至更多的行星轮用于轮椅爬楼梯是不实际的，而且 多组行星轮底盘，虽然随着行星轮组数的增多，爬楼梯底盘的承载越障能力将不 断增强，但多组行星轮底盘在平地拐弯时会有很大的问题，因此这里选择一组行 星轮用于轮椅爬楼梯。由于轮椅需要承载残疾人或者老年人，因此使用一组行星 轮爬楼梯。除了安全以外，需要解决的最大问题就是其越障的承载能力，如果承载
因此如何设计和制造一个功能强大、人性化的轮椅成为了当今残疾人士最为 关心的问题。现如今的许多轮椅都需要残疾人自己用手推动或他人推动，不方便
且费力，并且走在不平坦的路上易颠簸。 尤其是爬楼梯的时候，如果楼梯旁没有 斜坡，把轮椅抬起将会是极大地麻烦。我们小组做的就是设计一个能上下楼梯并 有一些辅助功能的多功能轮椅。
机械原理与设计课程设计计算说明书
设计题目：
多功能轮椅
姓名：
班级：
学号：
指导教师:
年月日
<一>设计背景与整体规划设计3
一、设计背景与意义
二、整体设计
<二>行走机构部件的设计与计算5
一、爬楼梯功能结构设计
1.履带式行走机构设计：
2.行星轮式行走机构
<三>其他功能机构部件的设计与计算10
一、车体主要部件
二、靠背平躺机构
FxNiFf2
F2
Ff30
FyFiN2
N3
G 0
MfD(Fi
2
F2
Ff2Ff3)G(Lib)
2
N2b N3(L —)0
2
FfifNi
i
2,3,4
假设路面为硬路面，忽略滚动摩擦Ffi的影响。即f0,Ffi0;各轮转 矩平均分配，。在行星轮和地面之间附着力达到最大时，有最高越障能力，且轮1和轮2与地面之间的附着系数相同，则有：
能力不行,轮椅将无法有效载送残疾人或者老年人越障甚至攀爬楼梯。
一、履带式行走机构设计：
采用履带式设计，由主电动机驱动履带传动，根据电机转速不同可实现
转向功能，臂杆摆动使履带贴服在楼梯上，实现平稳上下楼梯。设计如下图:
由几何关系可的，履带臂杆摆动时行星轮 中心的轨迹是标准的椭圆方程，即带长可保持 不变。
履带式机构的优点：适应型好，越障和上 下楼梯平稳；机构较为可靠。 缺点：系统重量 大，耗电量大。平整路面上履带传动没有优势。 经综合考虑，最终舍弃履带式结构，选取行星 轮式结构。
二、行星轮式行走机构
（1）简介：
该方案是基于一种新结构一一星轮行星轮转换式结构，如图2和图3所示。
其基本结构是具有三个行星齿轮的行星齿轮系，在中心齿轮外依次均布三惰轮和
b）使用星轮行星轮转换式结构
采用该结构，当其遇到无法爬过的障碍后，不是靠地面的摩擦力束缚车轮来 实现翻转,而是通过离合器固定一组行星轮，主动将该结构转换成星轮，通过驱动 整个星轮来实现翻转。其优点在于越障能力较强，不易打滑。
（4）越障能力分析
a）“半控”行星轮在遇到障碍时，有可能爬过障碍，打滑，翻转越 过障碍，上楼梯时，应使半控行星轮翻转越过障碍。单组行星轮
整个行星齿轮系将变成一个刚性的整体而转变为星轮结构Hale Waihona Puke Baidu式，此时驱动中心轴
便会驱动包括行星轮系在内的整个箱体翻转，此种结构模式可用于攀爬楼梯。
（2）驱动轮布置：
a）驱动后置
驱动后置，即将该驱动结构置于车后作为驱动后轮，前轮用万向轮。
优点：大轮在后小轮在前，整车协调美观，爬楼时重量压于后轮，不易打滑。
缺点：爬楼时，后轮支点位置不断跳跃性变化，有侧翻的可能；万向轮在前，平 地时承载较大，转向阻力大，爬楼时万向轮可能发生偏斜。
能较好的实现爬楼功能，。
（3）行星轮转换机构使用
a）使用半控式结构
普通行星轮结构有2个自由度，欲使其具有确定的运动，必须给行星轮2
V
个确定的输入。而目前使用的各种这类行星轮中，都用一个电机驱动这个行星轮 的中心齿轮，即只给一个确定的输入，另外一个自由依靠地面的情况来约束。在 路面不平度较小的情况下，转臂（即另外一个输入）可以根据路况做实时的自适 应调整；在车轮碰到较高的障碍而停止不动时，该轮系的一个自由度受到限制， 驱动轮系即可演变成行星轮系，转臂H带动另外两轮绕自由度受限的车轮回转， 实现翻越障碍，这种驱动轮系的一个自由度不受人为控制， 而是根据路面情况而 调整的，称作“半控”行星轮。其优点在于结构简单，不需人工操作。